[發明專利]一種減搖鰭模糊神經網絡PID控制系統與方法

有效

• 申請號: 201410073755.4
• 申請日: 2014-02-28
• 公開（公告）號: CN103818525B
• 公開（公告）日: 2016-11-30
• 發明（設計）人: 張鴻鵠;陸寶春;蔡飛;劉洪春;張衛;馮建國;郭蓮
• 申請（專利權）人: 揚州市江都永堅有限公司;南京理工大學
• 主分類號: B63B39/06
• 分類號: B63B39/06
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

技術領域

本發明涉及船舶減搖鰭技術領域，具體而言涉及一種減搖鰭模糊神經網絡PID控制系統與方法。

背景技術

船舶在水中航行時，由于受到波浪、風及水流等因素的影響，艦船不可避免地會產生各種搖蕩，其中以橫搖最為顯著，影響也最大。劇烈的搖蕩對艦船的適航性、安全性、以及設備的正常工作、貨物的固定和乘員的舒性都會有很大的影響。為此，人們一直在尋求減小船舶橫搖的方法，并研制出多種船舶橫搖運動控制裝置來減小船舶橫搖，主要有舭龍骨，減搖鰭和減搖水艙。減搖鰭是一種最常用的主動式減搖裝置，它分為可收放式減搖鰭和不可收放式減搖鰭。其主要包括：機翼型的鰭、轉鰭的液壓傳動裝置和電氣控制系統。通過控制鰭的轉動，使鰭產生對抗橫搖的穩定力矩，以達到減少橫搖的目的。

目前，減搖鰭是國內外公認的具有良好減搖能力、應用廣泛的船舶減搖裝置，是艦艇、大型遠洋船舶、漁政船、海監船、客滾船、大型油輪等重要的裝備，對提高艦艇的作戰能力、大型貨船的安全性、油輪游客的舒適性均起到良好的保障。

現有技術中的船舶減搖鰭控制系統普遍采用PID控制策略,此控制策略具有結構簡單,穩定性好等優點。然而船舶的橫搖運動是非線性的,僅在橫搖角較小時可以近似為線性系統。當船舶的橫搖阻尼或橫搖周期或當浪向與船舶航行的夾角發生變化時,即船舶在航行中擁有不確定性,傳統的PID控制器的控制參數是固定的,在船舶參數變動的情況下,其減搖效果就會變差或系統不穩定。

發明內容

針對現有技術存在的缺陷或不足，本發明的目的在于提供一種減搖鰭模糊神經網絡PID控制系統，解決現有船舶減搖鰭控制系統在復雜水流環境下響應不及時造成艦船航行不穩定的缺陷，并解決對驅動裝置遠程監控不便的問題。

本發明的另一方面的目的還在于提供一種減搖鰭模糊神經網絡PID控制方法。

本發明的上述目的通過獨立權利要求的技術特征實現，從屬權利要求以另選或有利的方式發展獨立權利要求的技術特征。

為達成上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

一種減搖鰭模糊神經網絡PID控制系統，包括CMAC神經網絡前饋控制單元、模糊PID控制器、PLC控制單元、角速度傳感器、角位移傳感器、航速計程儀、減搖鰭以及減搖鰭伺服傳動單元，所述減搖鰭伺服傳動單元用于根據輸入的信號驅動減搖鰭轉動，其中：

所述CMAC神經網絡前饋控制單元用于對檢測到海浪波傾角信號進行量化、地址映射以及CMAC存儲后，結合在線學習所述模糊PID控制器輸出的鰭角位移信號，然后將前述鰭角位移信號和量化后的波傾角信號經過CMAC運算得到減搖鰭抗干擾補償角位移信號并輸入所述減搖鰭伺服傳動單元；

所述角速度傳感器安裝在船舶上用于檢測船舶在發生橫搖時的橫搖角速度信號；

所述角位移傳感器安裝在減搖鰭的鰭軸上用于檢測減搖鰭的鰭角位移信號；

所述航速計程儀用于檢測船舶的航速信號；

所述航速計程儀與角速度傳感器連接至所述PLC控制單元，PLC控制單元接收船舶的橫搖角速度信號與航速信號并進行信號擬合，將擬合后輸出的信號發送至所述模糊PID控制器；

所述模糊PID控制器推理獲得比例、積分、微分整定參數，經過模糊PID控制器處理后得到的鰭角位移信號發送至所述減搖鰭伺服傳動單元，所述減搖鰭伺服傳動單元根據該鰭角位移信號以及前述減搖鰭抗干擾補償角位移信號驅動減搖鰭轉動，同時所述角位移傳感器檢測減搖鰭的當前鰭角位移信號，該鰭角位移信號與PLC控制單元發送的鰭角位移信號的差值、即鰭角位移誤差信號，繼續發送給模糊PID控制器，驅動減搖鰭自適應調整，所述模糊PID控制器、角位移傳感器、減搖鰭以及減搖鰭伺服傳動單元構成閉環負反饋控制。

進一步的實施例中，所述CMAC神經網絡前饋控制單元包括用于將波傾角信號離散數字化的量化模塊、用于將離散后的信號分配一特定地址的地址映射模塊、用于存儲所述已分配地址離散信號的CMAC存儲模塊、用于計算減搖鰭抗干擾補償角位移信號的CMAC函數運算模塊以及在線學習模塊，所述在線學習模塊的輸入信號為所述模糊PID控制器的輸出信號，在線學習模塊的輸出信號存儲在所述CMAC存儲模塊內，所述CMAC函數運算模塊輸出的減搖鰭抗干擾補償角位移信號輸入所述減搖鰭伺服傳動單元。

進一步的實施例中，所述減搖鰭伺服傳動單元包括依次連接的伺服放大器、伺服閥、轉鰭油缸以及傳動機構，傳動機構與減搖鰭連接，所述伺服放大器用于放大輸入的信號，然后發送至伺服閥，伺服閥工作后驅動轉鰭油缸轉動，轉鰭油缸經過傳動機構帶動減搖鰭轉動。